Zugl.: Marburg, Universiẗat, Diss., 2009.

Konstanz, Univ., Diss., 2005.

The present thesis deals with the fabrication, optimization of growth process and characterization of silicon based materials with molecular beam epitaxy. Two material systems are investigated in the course of this work: silicon/silicon suboxide multilayer structures and mono manganese silicide thin films. Mono manganese silicide (MnSi) is grown on Si(111) substrates with an hydrogen passivated surface, that is prepared by wet chemical processes. The growth start is performed by deposition of an amorphous Mn wetting layer that is subsequently annealed to form a MnSi seed layer on which the MnSi molecular beam epitaxy (MBE) is achieved. An amorphous or a crystalline Si cap layer is deposited onto the MnSi film to finalize the growth process and protect the sample from oxidation. With Raman spectroscopy it is shown that the crystalline cap layer is in fact single crystalline silicon. Results of x-ray diffraction and Raman spectroscopy confirm the growth of mono manganese silicide in contrast to other existing manganese silicide phases. In addition, in-plane and out-of-plane residual strain, and twinning of the MnSi thin film is detected with x-ray diffraction of symmetric and asymmetric reflections. Orientation between the Si substrate and the MnSi film is determined with the parallel lattice planes MnSi(210) and Si(511). Transport measurements show a T^2 dependence of the resistivity below 30K and metallic behavior above, a magneto resistance of 0.9% and an unusual memory like effect of the resistance for an in-plane magnetic field sweep measurement. Silicon/Silicon suboxide (SiOx) multilayer structures are grown on Si(100) by interrupting the Si growth and oxidizing the surface with molecular oxygen. During oxidation the RHEED pattern changes from the Si(2x1) reconstruction to an amorphous pattern. When silicon growth is resumed a spotty RHEED pattern emerges, indicating a rough, three dimensional surface. The rough surface can be smoothed out with Si growth at substrate temperatures between 600°C and 700°C. Measurements with transmission electron microscopy show that a silicon suboxide layer of about 1nm embedded in single crystalline silicon is formed with the procedure. Multilayer structures are achieved by repeating the oxidation procedure when the Si spacer layer has a smooth and flat surface. The oxygen content of the suboxide layers can be varied between 7.6% and 26.8%, as determined with secondary ion mass spectrometry and custom-built simulations models for the x-ray diffraction. Structural stability of the multilayer structures is investigated by x-ray diffraction before and after rapid thermal annealing. For temperatures up to 1000°C the multilayer structures show no modification of the SiOx layer in x-ray diffraction. / Die vorgelegte Arbeit handelt von der Herstellung siliziumbasierter Materialien mittels Molekularstrahlepitaxie, der Charakterisierung der Proben und der Optimierung der Wachstumsprozesse. Zwei Materialsysteme werden in dieser Arbeit behandelt: Silizium/Siliziumsuboxid Vielschichtstrukturen und dünne Schichten Mono-Mangansilizid. Mono-Mangansilizid (MnSi) wird auf Wasserstoff passivierten Si(111)-Substraten gewachsen. Für den Wachstumsstart wird eine amorphe Schicht Mangan auf den Si-Wafer abgeschieden und anschließend getempert. Dieser Prozess erzeugt eine ultra dünne Schicht MnSi, die als Keimschicht für das Wachstum dient. Zum Abschluss des Wachstums wird die MnSi-Schicht mit einer amorphen oder einkristallinen Deckschicht vor dem Oxidieren an der Luft geschützt. Das einkristalline Überwachsen der MnSi-Schicht ist mittels Ramanspektroskopie bestätigt. Röntgendiffraktometrie und Ramanspektroskopie bestätigen, dass es sich bei der gewachsenen Schicht um MnSi handelt und nicht um die manganreiche oder siliziumreiche Phasen von Mangansilizid. Anhand der Röntgendiffraktometrie von symmetrischen und asymmetrischen Reflektionen wird die laterale und vertikale Restverspannung gemessen, zusätzlich wird die Entstehung von Zwillingen in der Schicht gezeigt. Die Orientierung der MnSi-Schicht relativ zum Si Substrat ist anhand der parallelen Netzebenen MnSi(210) und Si(511) bestimmt. Transportmessungen an den Schichten zeigen unterhalb von 30K eine T^2-Abhängigkeit des spezifischen Widerstands, oberhalb metallisches Verhalten. Der Magneto Widerstand der MnSi Schicht beträgt 0.9%. Bei einem Magnetfeldsweep in der Schichtebene wird ein kurioses, dem Memory-Effekt ähnliches Verhalten beobachtet. Silizium/Siliziumsuboxid (SiOx)-Vielschichtstrukturen werden auf Si(100) Substraten gewachsen. Das Siliziumwachstum wird unterbrochen und die Probenoberfläche mit molekularem Sauerstoff oxidiert. Dabei verändert sich das RHEED-Muster von der Si-(2x1) Rekonstruktion zu einem amorphen Muster. Das Siliziumwachstum wird nach der Oxidation fortgesetzt und im RHEED entsteht dabei ein Punktmuster das von einer rauen, drei-dimensionalen Oberfläche zeugt. Durch Siliziumwachstum bei Substrattemperaturen zwischen 600°C und 700°C wird die Oberfläche wieder geglättet. Aufnahmen mit dem Transmissionselektronenmikroskop zeigen, dass bei diesem Wachstum eine 1nm dicke SiOx-Schicht eingebettet zwischen einkristalline Siliziumschichten entsteht. Wenn die Siliziumoberfläche wieder glatt ist, kann durch wiederholen der Wachstumssequenz eine Vielschichtstruktur hergestellt werden. Der Sauerstoffgehalt der hergestellten Suboxidschichten wurde mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie und eigens zu diesem Zweck angepassten Röntgendiffraktometrie-Simulationen auf 7.6% bis 26.8% bestimmt. Die strukturelle Stabilität der Proben wurde mit Röntgendiffraktometrie vor und nach kurzem Hochtemperaturtempern untersucht. Bei Temperaturen bis 1000°C kann mittels Röntgendiffraktometrie keine Änderung der Si/SiOx Vielschicht-Strukturen festgestellt werden.

Kiel, University, Diss., 2005.

University, Diss., 2005--Jena.

Es wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene hochdisperse Fließregulierungsmittel, wie sie bisher in der pharmazeutischen Technologie aber auch in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie eingesetzt werden, auf einige ausgewählte kohäsive Schüttgüter ausüben. Dazu wurden binäre Mischungen mit variierender Konzentration an Fließregulierungsmittel und Schüttgut hergestellt und in einem Freifallmischer gemischt. Als Fließverbesserer kamen verschiedene hochdisperse Kieselsäuren, darunter eine pyrogene Kieselsäure vom Typ AEROSIL® (Evonik Degussa GmbH) und mehrere Fällungskieselsäuren vom Typ SIPERNAT® (Evonik Degussa GmbH), zum Einsatz. Maisstärke, Kartoffelstärke und Hoechst Wachs C Micropulver® dienten als kohäsive Modellsubstanzen. Für den fließregulierenden Effekt spielt die gewählte Mischdauer eine entscheidende Rolle. Denn während des Mischvorgangs werden die ehemals Mikrometer bis Millimeter großen Fließregulierungsmittelagglomerate sukzessive zerkleinert, bis sie nanoskalige Rauigkeiten auf der Schüttgutoberfläche erzeugen. Je nach gewählter Mischdauer ergeben sich somit differierende Belegungsgrade der Trägerpartikeloberfläche. Die adsorbierten Oberflächenrauigkeiten bewirken eine Vergrößerung des Haftabstands zwischen den Pulverpartikeln und eine Verkleinerung der Kontaktfläche. Dadurch reduzieren sie die interpartikulären Anziehungskräfte, die vor allem durch van-der-Waals-Kräfte verursacht werden, und verbessern somit die Fließeigenschaften des Schüttgutes. Die interpartikulären Haftkräfte der binären Mischungen wurden mit Hilfe eines Zugspannungstesters gemessen. Die Größe und Anzahl der Kieselsäureadsorbate auf der Schüttgutoberfläche wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und anschließender bildanalytischer Auswertung (KS 300©, Carl Zeiss) bestimmt. Es konnten Unterschiede im fließregulierenden Potential der einzelnen Kieselsäuren aufgezeigt werden, die sich durch deren individuelle Tendenz zur Fragmentierung erklären lassen. Unabhängig davon, ob Mais- oder Kartoffelstärke verwendet wurde, und welche Untersuchungsmethode den Messungen zugrunde lag, wiesen die getesteten Fließregulierungsmittel eine gleich bleibende Rangfolge ihres fließverbessernden Potentials auf. Es konnte somit gezeigt werden, dass Fällungskieselsäuren sich in gleicher Weise als Fließregulierungsmittel eignen wie die bereits breit eingesetzten pyrogenen Kieselsäuren. Jedoch müssen die Agglomerate der gewählten Silica leicht und schnell zerkleinerbar sein. Dies trifft in besonderer Weise für vermahlene Produkte zu, da deren Agglomeratgefüge lockerer sind als bei unvermahlenen Substanzen. Solche Fließregulierungsmittel, die eine große spezifische Oberfläche aufweisen, das bedeutet über eine kleine Primärpartikelgröße verfügen, besitzen eine besonders feste Agglomeratstruktur, die sich beim Mischen nur schwer zerkleinern lässt. Diese Kieselsäuren sind deshalb zur Fließregulierung nur wenig geeignet. Weiterhin sind hydrophobe Kieselsäuren den hydrophilen überlegen, wenn es darum geht, die Fließeigenschaften der Pulver zu verbessern. Das Fehlen zusätzlicher Wasserstoffbrückenbindungen wird hier für die hervorragende fließverbessernde Potenz der hydrophoben Materialien verantwortlich gemacht. Spielt jedoch das Wasseraufnahmevermögen der Silica eine Rolle, so ist es von Vorteil eine hydrophile Kieselsäure einzusetzen. Hierbei übertreffen die Fällungskieselsäuren die pyrogenen Kieselsäuren sogar in der Absorptionsfähigkeit. Die Erkenntnisse stellen einen Fortschritt für die Charakterisierung der verschiedenen Silica-Typen dar. Besonders, da der Kieselsäuretyp SIPERNAT® im Vergleich zum Typ AEROSIL® noch wenig erforscht und etabliert ist. Nachteilig für die Verwendung im Pharmabereich ist allerdings die im Vergleich zu den pyrogenen Kieselsäuren niedrigere chemische Reinheit. Die Auswahl beschränkt sich hier ausschließlich auf Produkte, die über einen hohen SiO2-Gehalt verfügen und somit den Anforderungen der Ph. Eur. genügen. Die getesteten Substanzen bleiben daher vorerst interessanter für den lebensmittel- oder futtermitteltechnologischen Bereich. / This study set out to investigate by experimentation the influence of the addition of various types of high dispersive flow regulators, used in pharmaceutical technology and the food and feed sector, to some selected cohesive bulk powders. For this purpose, binary mixtures consisting of various concentrations of the flow additive and the bulk solid were prepared in a free fall mixer. Different kinds of high dispersive silica including an AEROSIL® fumed silica (Evonik Degussa GmbH) and various SIPERNAT® precipitated silicas (Evonik Degussa GmbH) were applied as flow additives. Corn starch, potato starch and Hoechst Wachs C Micropulver® represented the cohesive test materials. For the flow enhancing effect, the selected blending time plays a decisive role, as during the blending process, former large silica agglomerates were successively diminished until they form nanosized roughnesses on the host particle surface. The grade of surface coverage differs according to the duration of the blending process. The adsorbed surface roughness lead to an increase in particle distance and reduced the contact area. Thus, surface roughness diminishes the inter-particle forces which are determined mainly by the van-der-Waals-forces and improve the flow properties of the powder. The inter-particle forces were classified by a tensile strength tester and the size and the number of adsorbates were determined by scanning electron microscopy followed by the use of an image analyzing program (KS 300©, Carl Zeiss). Differences in the flow enhancing potency were shown, which can be explained by the individual tendency of each silica to form smaller fragments. Independent of which bulk solid was used - corn starch or potato starch - and the test method applied, the flow additives showed a consistent rank order of their flow regulating potency. It was demonstrated that precipitated silicas can be as suitable when used as flow regulators as fumed silicas are. An adequate fragmentation tendency must be a precondition for the use as a force reducer, implying that the silica must form small aggregates in a short period of time. Particularly fine ground silicas are composed of agglomerates which can easily be destroyed. It was shown very impressively that those silicas with a high specific surface consist of smaller primary particles which form stronger agglomerates. These types do not represent adequate flow conditioners. Hydrophobic silicas are superior force reducers compared to hydrophilic ones. The lack of additional hydrogen bonds seems to be the reason for the better flow regulating effect of the hydrophobic materials. However, if water adsorbing capacity is of importance, hydrophilic silicas are more suitable. In this case, the precipitated silicas even outperform the fumed silicas. This study has made progress in the characterization of different silica types in order that the various possible applications of each type may become clearer, particularly, as the SIPERNAT®-type is not currently as well established as the AEROSIL®-type. A disadvantage of precipitated silicas in comparison to fumed silicas is their lower chemical purity. Only those products which offer a high SiO2-content conform to Ph. Eur.. It is for this reason that these materials are more suitable for use in the food and feed industry than in the pharmaceutical sector.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2006

Universiẗat, Diss., 2006--Karlsruhe.

Univ., Diss.--Regensburg, 1995.

Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2009